三坐标测量技术应用 课件 1.三坐标测量机基础；2.坐标测量的几个概念-坐标、坐标系和工件坐标系；3.三坐标测量机的基本操作

三坐标测量机基础知识一、坐标测量方法二、三坐标测量机的工作原理三、三坐标测量机的发展四、三坐标测量机的类型五、三坐标测量机的结构六、三坐标测量机的应用七、三坐标测量机工作环境主要内容一、坐标测量方法坐标测量法是几何量测量最基本最常用的测量方法，通过测量被测几何要素上若干个点的位置坐标继而求得被测参量。

包括采样读数和数据处理两个步骤。实现测量的关键是建立被测参量和采样点在测量机坐标系中的坐标关系模型。

基于坐标测量原理，将被测物体置于坐标测量机的测量空间，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测的几何尺寸、形状和位置。一、坐标测量方法一维测量用于测量单方向的长度，实际上是单坐标测量机；一、坐标测量方法二维测量具有X和Y两个方向移动的工作台，用于测量平面上各点的坐标位置，即两坐标测量机。一、坐标测量方法三维测量二、三坐标测量机工作原理要测量工件上两孔的孔径大小及孔心距O1O2，利用坐标测量原理，则应先测出P1、P2、P3三点坐标值，根据这三点坐标即可计算出孔心O1的坐标及孔径。然后根据P4、P5、P6三点求出出孔心O2的坐标及孔径，再利用O1、O2孔心坐标计算中心距。二、三坐标测量机工作原理三坐标测量机是由三个相互垂直的运动轴X，Y，Z建立起一个直角坐标系，测头的一切运动都在这个坐标系中进行，测头的运动轨迹由测球中心点来表示。测量时，把被测零件放在工作台上，测头与零件表面接触，三坐标测量机的检测系统可以随时给出测球中心点在坐标系中的精确位置。当测球沿着工作的几何面型面移动时，就可以得出被测几何型面上各点的坐标值。将这些数据送入计算机，通过相应的软件进行处理，就可以精确的计算出被测工件的几何尺寸及其相关误差。二、三坐标测量机工作原理三坐标测量机可定义为“采用触发式、扫描式等形式的传感器随X、Y、Z三个相互垂直的导轨相对移动，与固定于工作台上的被测件接触或非接触发讯、采样，并通过数据处理器或计算机等计算出工件各点坐标及各项功能测量的仪器”。三、三坐标测量的发展1956年，英国Ferranti公司，第一台坐标测量机出现(光栅的出现)1963年，意大利DEA推出大型机(2500x1600x600mm)，第一台龙

门式测量机ALPHA1972年，英国Renishaw推出接触式触发测头，精度能达到0.01mm

以内1973年，ZEISS、Leitz推出扫描测头1974年，Brown&Sharpe推出CNC(Computernumericalcontrol)数

控测量机1989年，Brown&Sharpe推出基于CAD系统的测量软件2001年，Wilcox推出DCI(DigitalCinemaInitiatives)、DCT(DiscreteCosineTransform)技术

2003年，Hexagon推出EMS概念及面向任务的测量解决方案2005年，Hexagon推出多尺寸测量范畴(大、中、微尺寸)概念第一个里程碑

第一台坐标测量机的诞生,1956年英国Ferranti公司长度量的数字化-光栅的应用

为应用计算机处理及数控打下了基础

光栅信号莫尔条纹第二个里程碑

触发测头和比例测头的出现把测量机精度提到微米及亚微米级，并为应用计算机处理及数控打下了基础。第三个里程碑

CNC(Computernumericalcontrol)测量机及其附件的出现，使测量机成为制造产业链中不可缺少的一员。

第四个里程碑

形成了以CAD为核心的产品数字信息链。测量机不再是消极的GO/NOGO的作用，而被用作逆向设计、生产监测、信息统计、反馈的重要手段。

第五个里程碑

面向对象和任务的EMS(电子制造服务)系统：整个企业的几何量测量均有坐标测量的共同特性，软件可以通用、共享、互补，利用计算机数据库和网络技术把产品的设计、加工和评价无缝连接起来。

第六个里程碑

多尺寸测量的机念：几何量的测量无所不在，不仅存在于传统的构架式测量机，还包括大至宇宙、地球、城市小至医学、微电子纳米的测量，而坐标测量的概念、软件的处理方法和探测系统均有它的通用性或相似性。

大尺寸地球山脉城市建筑中等尺寸

飞机汽车货车火车小尺寸

工业零件电子零件纳米生物电子构造宇宙空间行星星际银河系<1000Km<10m<100um<20um<0.3um垂直轴│测量流程和手段水平轴--测量范围和精度探测系统硬件软件及服务核心载体信息采集用户海克斯康关于尺寸测量的规划中国测量机行业的发展中国坐标测量机行业；70年代的先行者：天大、新天、上机等；80年代许可证生产：

303，新天、上机；90年代形成基地：前哨、303。4传统测量技术三坐标测量技术对工件要进行人工的精确及时的调整不需要对工件进行特殊调整专用测量仪和多工位测量很难适应测量任务的改变简单的调用所对应的软件完成测量任务与实体标准或运动标准进行测量比较与数学的或数字模型进行测量比较尺寸、形状和位置测量在不同的仪器上进行尺寸、形状和位置的评定在一次安装中即可完成不相干的数据处理产生完整的数字信息，完成报告输出手工记录测量数据统计分析和CAD设计三坐标测量技术与传统测量技术比较三、三坐标测量的发展世界坐标测量机行业的特点面向市场的普及型测量机,特别是汽车工业的需求软件测量机的行业化特点,钣金件，曲面，难测零件；改造测量机市场的形成；应用由产品测量到研发产品,CＡＤ的结合，逆向工程的应用；5三坐标测量机的发展趋势（1）普及高速测量采用非接触测头，可避免频繁加速、减速、碰撞等，大大提高测量速度。（2）新材料和新技术的应用在传统的铸铁、铸钢基础上，增加了合金、石材、陶瓷等新材料，采用了重量轻、刚性好、导热性强的合金材料，来制造测量机上的运动机构部件，将由温度变化所产生的热变形减至最低。（３）控制系统的改进利用批量生产的价廉而性能高的计算机模板来设计专用测量机数字控制系统。（4）测量机测头的发展采用非接触测头，发展光学三坐标测量机，发展具有高精度、较大量程、能用于扫描测量的模拟测头，以及能伸入小孔、用于测量微型零件的专门测头（5）软件技术的革新包括能进行自动编程、按测量任务对测量机进行优化、故障自动诊断等方面的内容。三、三坐标测量的发展四、三坐标测量机的结构机械系统、测量系统和电气系统四、三坐标测量机的结构1—工作台2—移动桥架3—中央滑架4—Z轴1、机械系统传动部件四、三坐标测量机的结构2、测量系统光栅系统测头系统四、三坐标测量机的结构光栅系统四、三坐标测量机的结构按运动形式分：直线型---主光栅为直尺形→直线移动旋转型---主光栅为圆盘形→旋转运动四、三坐标测量机的结构测头系统四、三坐标测量机的结构测座手动测座MH8、MH20i、MIP、TESA-STAR自动测座PH10T、PH10M、PH10MQ测座控制器PHC10、PHC10-2四、三坐标测量机的结构测头触发测头TP20、TP200、TP6、TP2接触扫描测头SP600、SP25、LSP-X5光学扫描测头METRIS、NEXTEC、OTM3M四、三坐标测量机的结构测针和加长杆四、三坐标测量机的结构3、电气系统五、三坐标测量机的分类(1)数字显示及打印型：主要用于几何尺寸测量，技术水平低，目前已基本被淘汰。(2)带有计算机进行数据处理型：目前应用较多。测量仍为手动或机动，用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、坐标变换、孔心距计算、偏差值计算等数据处理工作。(3)计算机数字控制型：技术水平较高，可像数控机床一样，按照编制好的程序自动测量1、按CMM的技术水平分类五、三坐标测量机的分类按最长一个坐标轴方向上的测量范围分小型坐标测量机：测量范围＜500mm，主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。(2)中型坐标测量机：测量范围：500～2000mm，应用最多的机型，主要用于箱体、模具类零件测量(3)大型坐标测量机：测量范围＞2000mm，主要用于汽车与发动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。2、按CMM的测量范围分类五、三坐标测量机的分类五、三坐标测量机的分类优点：承重好，开敞性好，受地基影响小;缺点：精度中等，适于中小尺寸。移动桥式Global移动桥式固定桥式优点：精度高，稳定性高;缺点承重低，占地面积大，适于中小尺寸。L型桥式（中心门移动式）ZOO3LZOO3L/251010ZOO3L/201210ZOO3L/30107龙门式（高架桥式）优点：适于大尺寸：缺点：对地基要求高，精度中等，不适用于汽车内饰件测量。LAMBDA(XXL)空间精度自U3=7+9L/1000水平臂式（横臂立柱式）优点：适于大尺寸，特别是高度较高的于汽车总体及内饰件测量，可以两台或三台组合;缺点：对地基要求高，精度一般。

BRAVO、MAESTRO、VENTO水平臂测量机

满足现代化汽车生产实时监控的需要水平臂测量机立柱式（坐标镗式）移动工作台悬臂测量机（单柱固定式）固定工作台悬臂测量机（单柱移动式）图7关节臂式坐标测量机六、三坐标测量机的应用1、箱体类零件检测采用传统的检测手段对复杂箱体类零件（如齿轮箱，发动机箱体或者是由简单的自由形状曲面组成的冲压模、铸模、玻壳工件等）进行测量时，存在很多困难，如零件基准建立困难，数据处理复杂，有些关联要素还需经过组合测量才能得到等。六、三坐标测量机的应用2、复杂几何形状零件检测复杂几何形状零件主要由具有明确数学定义的复杂曲线、曲面构成，如各种类型的齿轮、齿轮加工刀具、凸轮轴、配对螺旋压缩机转子部件、蜗杆蜗轮以及拉刀等。六、三坐标测量机的应用3、自由形状轮廓曲面检测自由形状轮廓曲面（如模具、冲压件、塑料件和一些家电产品，如电话、手机、计算机键盘）和大型的自由曲面（如汽车车身、飞机的构件以及船体等）六、三坐标测量机的应用4、自由曲面形状工件的逆向设计七、三坐标测量机的工作环境七、三坐标测量机的工作环境七、三坐标测量机的工作环境气源要求供气压力： 0.55-0.8MPa耗气量（最小）： 0.14立方米/分钟含水： <6克/立方米含油： <0.49克/立方米微粒大小： <15微米微粒浓度： <0.81克/立方米 七、三坐标测量机的工作环境电源要求输入电压 220V±10%最大电流 约6A（控制系统） 约6A（标配计算机） 功率 控制柜＋计算机＋打印机（2000W左右） 不同的配置，最大功率不同附

录精度是表示观测值与真值的接近程度。每一种物理量精度是表示观

测值与真值的接近程度。每一种物理量要用数值表示时，必须先要制定

一种标准，并选定一种单位

(unit)。几何量检测通常以国际标准ISO及与

之对应的国家标准GB/T中关于《产品几何量技术规范（GPS）》的若干标准为依据。在机械加工中常规理解的精度与检测如下表1。精度等级尺寸精度范围Ra值范围（μm）相应的加工方法度量衡单位检测精度常用量具低精度IT13～IT1125～12.5

粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等0.1mm0.02mm游标卡尺中等精度IT10～IT96.3～3.2半精车、半精镗、半精铣、半精刨、扩孔等0.01mm1μm数显游标卡尺、千分尺IT8～IT71.6～0.8CNC(精车、精镗、精铣、火花加工)、精刨、粗磨、粗铰等1μm0.1μm三坐标测量机高精度IT7～IT60.8～0.2精磨、精铰等0.1μm特别精密精度IT5～IT2Ra<0.2研磨、珩磨、超精加工、抛光等0.01μm0.01μm光学显微镜等谢谢！

休息一下！坐标测量几个重要概念①坐标系：笛卡尔直角坐标系，遵循右手定则，三条互相垂直的坐标轴和三轴相交的原点，构成了三维直角坐标系，如图②坐标：空间任意一点投影到三轴就会有三个相应的数值，即三轴的坐标，就能对应找到空间的点的位置，如图③工件坐标系：当有了精密的测量机和测头系统，要想最终得到正确的检测报告，就必须要理解怎样建立一个正确的工件坐标系，坐标系的建立是后续测量的基础。如图，工件坐标系是建立在机器坐标系基础上的子坐标系，首先建立的往往是基准坐标系，优先基准重合原则与设计的基准体系要一致，保持基准相同，即完全对应图纸，当然由此坐标系还可以派生出多个辅助工件坐标系，以方便编程操作。工件坐标系的作用：依据基准重合原则，工件坐标系与零件设计的基准/基准体系一致，在工件上建立了坐标系，工件上的所有点的坐标就得以确定。工件坐标系的三个作用：1、根据工件基准/基准体系，建立工件坐标系，按照工件坐标系的方向，才能得到正确的距离。2、在图纸上，尺寸一般是从基准开始标注。按基准建立工件坐标系后，可以很容易得到被测特征的坐标值。3、编写完成的程序可以实现工件的批量测量。④

矢量矢量是常用于精确的指明测量机垂直触测被测特征的方向。X、Y、Z用于定义坐标值，I、J、K用于定义矢量方向，“I”指明X方向，“J”指明Y方向，“K”指明Z方向。矢量具有单位长度以及方向的量，是以长度为1的单位量在当前坐标系内，分别在X\Y\Z轴上的投影值来表示。即方向是指在机器坐标系下与各个轴向

正方向夹角的余弦值。所以在三维直角坐标系中的点，除了有位置外，还要有矢量方向，如图，点P矢量方向I,J,K,分别为与X,Y,Z三根轴之间夹角的余弦值：I=COS(α)J=COS(β)K=COS(γ)最终点P在三维直角坐标系中表示为：矢量案例如

图：与X+夹角为45

度，

余弦值为+0.7071。与Y+夹角假设为90度，余弦值为0。与

Z+夹角为45

度，

余弦值为+0.7071。所以矢量为I=0.7071,J=0,K=0.7071

或0.7071,0,0

.7071。谢 谢

！三坐标测量机基本操作01020304目 录测量机的工作环境要求测量机的测量过程测量机开关机测量机的操纵盒的使用现代检测技术应用01测量机的工作环境要求

测量机的工作环境要求

温度测量机环境温度的变化主要包括：温度范围、温度时间梯度、温度空间梯度。温度范围：温度时间梯度：温度空间梯度:20℃±2℃≤1℃/小时&≤2℃/24小时≤1℃/米

湿度空气相对湿度：25-75％（推荐40％－60％）

振动

电源一般配电要求如下：

电压：

独立专用接地线：交流220V±10%接地电阻≤4Ω

气源要求无水、无油、无杂质，供气压力：>0.5Mpa

注意工件的清洁和恒温测量机使用环境要求

电压220V ±10％ 15A50HZ±2％ 无干扰

地线单独接地 < 5Ω测量机使用环境要求

压缩空气0.55MPa～0.8MPa无水、无油、无杂质测量机使用环境要求

环境温度20℃±2℃梯度要求空间 <

1℃/m3时间 <

2℃/8h

湿度20％～70％（40％～60％最佳）9测量机使用环境要求

震动频率0HZ～6HZ

振幅<0.0076mm频率6HZ～50HZ

振幅<0.0025mm频率>50HZ

振幅<0.0076mm10气体压力对测量机的影响

空气压力的波动会使气浮块的气浮间隙变化，

影响测量重复性。

气压严重不足时，会使气浮块不能充分浮起造

成与导轨摩擦，影响测量精度，损坏测量机气

浮块和导轨。82如何保持测量机工作压力稳定

要选择合适的空压机，最好另有储气罐，使空压机工作寿命长，压力稳定。启动压力＞工作压力先开空压机后开主机电源气体中油和水对测量机的影响空压机对空气压缩的同时会把空气及其自身润滑油中的水分子和油分子压缩成液态水和油，并随着压缩空气进入到平衡气缸和气浮块

。21:098415气体中油和水对测量机的影响

当测量机不工作时管道中的油滴可能堵塞气浮块的气孔，使气浮块不能正常浮起，造成气浮块与导轨的摩擦，损坏测量机并使气管老化。气体中油和水对测量机的影响

当在测量机工作时水和油附着在导轨上，使导轨的直线度改变。

管道中的水还会腐蚀气浮块和平衡气缸。21:09现代检测技术应用测量机气路示意图油和水都有“附壁”的特性，所以过滤油和水的工作应该从空压机的输出管道就开始了，要合理设置、利用压缩空气的输送管道，尽量多过滤掉油和水。虽然测量机配置有过滤器，但是我们最好只把它看作是“保险丝”，因为如果没有前置过滤器，它的滤芯很快被油糊死，造成气压不足而无法工作。为此必须采取前置过滤的方法，尽量争取在水和油进入测量机之前过滤掉。21:0987对气路的维护和保养由于压缩空气对测量机的正常工作起着非常重要的作用，所以对气路的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：

每天使用测量机前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机或储气罐的水和油。

一定要定期清洗过滤器滤芯。

每天都要擦拭导轨油污和灰尘，保持气浮导轨的正常工作状态。对测量机导轨的保养89对测量机导轨的保养测量机的导轨是测量机的基准，只有保养好气浮块和导轨才能保证测量机的正常工作。测量机导轨的保养除了要经常用酒精擦拭外，还要注意不要直接在导轨上放置零件和工具。尤其是花岗石导轨，因其质地比较脆，任何小的磕碰会造成碰伤，如果未及时发现，碎渣就会伤害气浮块和导轨。要养成良好的工作习惯，用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。21:099021:0991温度对测量的影响

测量机是计量检测仪器，它的正常工作温度应该是20℃±2℃。测量机的长度基准-光栅是在20℃时修正的，测量机也是在这个温度情况下装配调试的，当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。21:0992温度是影响测量机精度的最大因素21:0993测量机的机房内温度每时每刻都在变化，而零件都是随着自身温度变化而变化，同时测量机主体和光栅也都会发生不同程度的变形温度是影响测量机精度的最大因素21:0994

当我们在使用测量机时要尽量保持测量机房的环境温度与检定时一致。

电气设备、计算机、人员都是热源。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离

测量机房加强管理不要有多余人员停留。空调对测量机温度的影响选择变频空调。变频空调节能性能好，控温能力强。在正常容量的情况下，控温可在20℃±1℃范围内。空调器的安装应有规划，应让风吹到室内的主要位置，风向向上形成大循环（不能吹到测量机），尽量使室内温度均衡。有条件的，应安装风道将风送到房间顶部通过双层孔板送风，回风口在房间下部。这样使气流无规则的流动，可以使机房温度控制更加合理。95空调对测量机温度的影响21:0996许多用户对测量机房的空调管理方法是：使用测量机时打开空调，用完即关闭。这种作法对测量机的精度有很大影响。要保持测量机温度与空气温度一致，需要恒温24小时以上，空调的即开即关使机房的温度始终在变化，测量机的温度也一直在变化中，此时机器处于一种不稳定的状态，精度会很差。机房结构对机房温度的影响21:0997由于测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。机房的空调选择要与房间相当，机房过大或过小都会对温度控制造成困难。2821:09湿度对测量机的影响会使测量机的气浮块和某些部件严重锈蚀，影响测量机寿命。计算机和控制系统的电路板会因湿度过大出现腐蚀或造成短路。21:0999湿度对测量机的影响如果湿度过小，会严重影响花岗石的吸水性，可能造成花岗石变形。灰尘和静电会对控制系统造成危害。10031如何应对湿度对测量机的影响测量机房密封性不好是造成机房湿度大的主要原因1、湿度比较大地区机房的密封性要求好一些，必要时增加除湿机2、避免

“假期综合症”3、定期清洁计算机和控制系统中的灰尘，减少或避免因此而造成的故障隐患测量机使用维护102

空气压力的波动会使气浮块的气浮间隙变化，影响测量重复性。

气压严重不足时，会使气浮块不能充分浮起造成与导轨摩擦，影响测量精度，损坏测量机气浮块和导轨。空压机对空气压缩的同时会把空气及其自身润滑油中的水分子和油分子压缩成液态水和油，并随着压缩空气进入到平衡气缸和气浮块

。由于压缩空气对测量机的正常工作起着非常重要的作用，所以对气路的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：

每天使用测量机前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机或储气罐的水和油。

一定要定期清洗过滤器滤芯。

每天都要擦拭导轨油污和灰尘，保持气浮导轨的正常工作状态。测量机的使用维护103测量机的导轨是测量机的基准，只有保养好气浮块和导轨才能保证测量机的正常工作。测量机导轨的保养除了要经常用酒精擦拭外，还要注意不要直接在导轨上放置零件和工具。尤其是花岗石导轨，因其质地比较脆，任何小的磕碰会造成碰伤，如果未及时发现，碎渣就会伤害气浮块和导轨。要养成良好的工作习惯，用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。测量机是计量检测仪器，它的正常工作温度应该是20℃±2℃。测量机的长度基准-光栅是在20℃时修正的，测量机也是在这个温度情况下装配调试的，当

温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。湿度对测量机的影响会使测量机的气浮块和某些部件严重锈蚀，影响测量机寿命。计算机和控制系统的电路板会因湿度过大出现腐蚀或造成短路如果湿度过小，会严重影响花岗石的吸水性，可能造成花岗石变形。灰尘和静电会对控制系统造成危害。现代检测技术应用02测量机的测量过程

测量过程简析---测量过程演示（视频）1、准备工作1）工件、图纸分析2）工件清洁3）工件装夹4）测头校验2、（测量程序已编辑完成）执行程序检测3、输出结果，判断工件尺寸是否合格。图纸分析执行程序生成报告测量过程简析---程序编写过程新建程序定义并校验测针消除测量系统的误差……建立零件坐标系1、便于批量检测工件2